4.第16章 集成运算放大器讲解
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运算放大器工作在线性区时，通常要引入 深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压 的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构 和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以 实现不同的运算。
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
第16章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感和变压器均需外接；
4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
16.1.2 电路的简单说明
一、电路的基本组成及作用
输入级
中间级
输出级
偏置电路
输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制 零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放 大电路。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路构成。
(2) i+=i–0,仍存在“虚断”现象
集成运算放大器的应用
1.线性应用 电路结构上存在从输出端到反相输入端的负
反馈支路，输入信号幅度足够小，以保证集成运 算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。
2.非线性应用 电路结构上，集成运算放大器处于开环
（无反馈）或存在从输出端到同相输入端的正 反馈支路，输出总是处于饱和状态，即输出在 正、负最大值之间变化。 集成运算放大器电路分析的方法
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 元器件参数的一致性和对称性好；温度性能好， 抑制零点漂移。
2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接；
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈
高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
3.输入失调电压 UIO 4.输入失调电流 IIO 愈小愈好 5.输入偏置电流 IIB 6.共模输入电压范围 UICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
–Uo(sat)
作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区的特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+–u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或 –Uo(sat) 当 u+>u– 时， uo= +Uo(sat) u+<u– 时， uo= –Uo(sat)
不存在 “虚短”现象
偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置 电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路 构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力 强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
输入级
中间级
输出级
偏置电路
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– – i+
+
∞ +
因为 uo=Auo(u+–u–)
uo 所以： (1) 差模输入电压约等于 0
电压传输特性
即 u+=u– ,称“虚短”
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
线性区
O
u+–u–
即 i+=i–0,称“虚断”
Auo越大，运放的
线性范围越小，必须 加负反馈才能使其工
运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
首先判断应用类型，然后利用理想运算放大 器的特征对电路进行分析。
例 F007运算放大器的正、负电源电压为±15V，
开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压（即 Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压， 求输出电压及其极性：
u－ － ＋
u+ ＋
uo
(1)u 15V,u 10V; (2)u 5V,u 10V;
(3)u 0V,u 5mV; (4)u 5mV,u 0V;
解 u
u
uo Au 0
13 2 106
65V
只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µV， 输出电压就达到正或负的饱和值。
Biblioteka Baidu
(1(23)u)u(4)u051V55V,muV,Vu,u,u0V5;1m0V1;V0;V;
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC 输出
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
F007外形引线连接图
16.1.3 主要参数
1.最大输出电压 UOPP
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2.开环差模电压增益 Auo
输输输出输u出出电o出电电u压2o电压压2压110055((u15o5u10o1)011)036VV1130 V63VV 5V
16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导 体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号 进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、 反对数、乘法和除法等运算。
1.理想运算放大器
+UCC
Auo， rid ， ro0， KCMRR
2.电压传输特性 uo=f(ui) +Uo(sat) uo
理想特性 实际特性
线性区
u+–u–
O
饱和区
–Uo(sat)
u– u+
–+ +
uo
–UEE
线性区：
uo=Auo(u+–u–)
非线性区（饱和区）：
u+>u– 时，uo=+Uo(sat) u+<u– 时，uo=–Uo(sat)
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
第16章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感和变压器均需外接；
4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
16.1.2 电路的简单说明
一、电路的基本组成及作用
输入级
中间级
输出级
偏置电路
输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制 零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放 大电路。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路构成。
(2) i+=i–0,仍存在“虚断”现象
集成运算放大器的应用
1.线性应用 电路结构上存在从输出端到反相输入端的负
反馈支路，输入信号幅度足够小，以保证集成运 算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。
2.非线性应用 电路结构上，集成运算放大器处于开环
（无反馈）或存在从输出端到同相输入端的正 反馈支路，输出总是处于饱和状态，即输出在 正、负最大值之间变化。 集成运算放大器电路分析的方法
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 元器件参数的一致性和对称性好；温度性能好， 抑制零点漂移。
2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接；
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈
高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
3.输入失调电压 UIO 4.输入失调电流 IIO 愈小愈好 5.输入偏置电流 IIB 6.共模输入电压范围 UICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
–Uo(sat)
作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区的特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+–u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或 –Uo(sat) 当 u+>u– 时， uo= +Uo(sat) u+<u– 时， uo= –Uo(sat)
不存在 “虚短”现象
偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置 电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路 构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力 强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
输入级
中间级
输出级
偏置电路
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– – i+
+
∞ +
因为 uo=Auo(u+–u–)
uo 所以： (1) 差模输入电压约等于 0
电压传输特性
即 u+=u– ,称“虚短”
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
线性区
O
u+–u–
即 i+=i–0,称“虚断”
Auo越大，运放的
线性范围越小，必须 加负反馈才能使其工
运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
首先判断应用类型，然后利用理想运算放大 器的特征对电路进行分析。
例 F007运算放大器的正、负电源电压为±15V，
开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压（即 Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压， 求输出电压及其极性：
u－ － ＋
u+ ＋
uo
(1)u 15V,u 10V; (2)u 5V,u 10V;
(3)u 0V,u 5mV; (4)u 5mV,u 0V;
解 u
u
uo Au 0
13 2 106
65V
只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µV， 输出电压就达到正或负的饱和值。
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(1(23)u)u(4)u051V55V,muV,Vu,u,u0V5;1m0V1;V0;V;
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC 输出
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
F007外形引线连接图
16.1.3 主要参数
1.最大输出电压 UOPP
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2.开环差模电压增益 Auo
输输输出输u出出电o出电电u压2o电压压2压110055((u15o5u10o1)011)036VV1130 V63VV 5V
16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导 体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号 进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、 反对数、乘法和除法等运算。
1.理想运算放大器
+UCC
Auo， rid ， ro0， KCMRR
2.电压传输特性 uo=f(ui) +Uo(sat) uo
理想特性 实际特性
线性区
u+–u–
O
饱和区
–Uo(sat)
u– u+
–+ +
uo
–UEE
线性区：
uo=Auo(u+–u–)
非线性区（饱和区）：
u+>u– 时，uo=+Uo(sat) u+<u– 时，uo=–Uo(sat)